基于微-细观机理的混凝土疲劳损伤本构模型

该文致力于混凝土疲劳损伤发展机理的微细观解释. 以速率过程理论为基础,通过考虑裂纹断裂过程区中的水分子动力作用,在细观尺度上建立了具有物理机理的疲劳损伤能量耗散表达式. 结合细观随机断裂模型,以宏观损伤力学为框架,建立了疲劳损伤演化方程. 通过数值模拟,计算了单轴受拉时的疲劳损伤演化以及不同加载幅度下的疲劳寿命. 与相关试验结果的对比显示出该文模型能够很好地表现混凝土材料的疲劳损伤演化过程.      

复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型简

基于连续介质损伤力学,提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型,它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3 部分. 模型能够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4 种损伤模式,定义了与4 个损伤模式对应的损伤状态变量,导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系. 损伤起始采用Puck 准则判定,损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制. 假定材料服从线性应变软化行为,建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则. 模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程. 完成了含孔[45/0/-45/90]_2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.     

基于能量耗散分析的混凝土随机疲劳损伤模型

基于微-细观随机断裂模型(MMSF)发展了一类混凝土随机疲劳损伤模型。该模型将MMSF中的微弹簧视为一能量耗散单元并考察了其跨尺度的能量耗散过程。在纳观尺度,引入速率过程理论描述裂纹的扩展速度,并基于裂纹层级模型和自相似假定完成从纳观尺度到微观尺度的过渡。由此建立了微弹簧在疲劳荷载作用下的多尺度耗能描述。此外,为了考虑疲劳加载中混凝土多条裂纹的相互影响,引入了包含损伤扩展效应和损伤愈合效应的疲劳损伤因子来修正耗能表达。通过与相关试验的对比,证明了该模型能反映疲劳荷载作用下混凝土的主要力学行为,如疲劳损伤三阶段特点、疲劳寿命的离散性和疲劳寿命随加载频率的变化趋势等。     

AN ENERGY APPROACH TO RAPIDLY ESTIMATE FATIGUE BEHAVIOR BASED ON INTRINSIC DISSIPATION

材料疲劳损伤的累积过程是一个伴随着温度变化的能量耗散过程. 相比于疲劳过程中试件的局部温升,固有耗散是材料能量变化的直接反映,与材料微观结构演化联系也更为紧密,因此以材料的固有耗散作为疲劳损伤指标具有更加明确的物理意义. 基于对试件表面温升的一维双指数回归,构建了一种材料固有耗散的计算模型,并在此基础上提出了一种快速评估材料疲劳性能的能量方法. 利用该能量方法,对FV520B 钢的疲劳性能进行了实验研究,并对实验结果进行了分析与对比,从而证明了该能量方法及计算模型的可行性和有效性.     

混凝土疲劳分析方法综述

从探究物理机制的视角对混凝土疲劳研究进行了逻辑上的梳理,表明既有研究可分为3 类主要模型:基于疲劳试验分析的现象学模型、基于断裂力学的疲劳裂纹扩展模型和基于损伤力学的疲劳损伤演化模型. 通过解析具有典型性的研究,论述了不同类型研究的特点. 进而,从还原论的角度出发,阐明了速率过程理论可以作为解释混凝土材料疲劳损伤演化的物理基础. 注意到疲劳试验结果所表现出的显著随机性,阐述了应以物理随机系统思想研究混凝土疲劳问题的观点.     

Strength of damaged polycarbonate after fatigue

A fatigue damage model is proposed to establish a predictive formula for the fatigue service life of polycarbonate (PC) materials. A damage variable is introduced in terms of remaining fracture strain, and a new fatigue damage evolution relation is derived to characterize the extent of fatigue damage after a certain number of loading cycles. Fatigue tests were conducted to construct the stress amplitude versus the fatigue life curve. After different numbers of cycles of fatigue, the new damage variable for PC materials was measured by pulling damaged specimens to fracture under monotonic loading. Experimental results on damage evolution and fatigue life have a good agreement with those predicted by the proposed damage model.     

混凝土单轴受拉的非局部本构模型

混凝土受拉本构行为存在很强的局部软化现象,使得单轴受拉试验无法给出应力-应变关系,而只能给出应力-位移关系。本文根据内变量理论和等效应变假设建立了基于真实应变的混凝土单轴受力本构方程,并根据Weibull分布可以描述混凝土等脆性材料断裂过程的试验现象,建立了关于弹性应变的损伤演化规律。然后,通过假设平均应变与真实弹性应变的函数关系,在应力-平均应变的本构关系中采用平均弹性应变以描述其非局部行为,而在材料的损伤演化规律中采用真实弹性应变以描述其局部行为,由此建立了单轴受拉荷载条件下的非局部本构模型。最后,对一个单调受拉试验和一个反复受拉试验的仿真结果表明所提出的非局部本构模型可以准确地模拟试验结果。     

混凝土低周疲劳强度衰减及寿命预测方法研究

根据低周疲劳的特点, 对混凝土$S$-$N$曲线进行了适当简化, 在此基础上提出了一种 混凝土低周疲劳强度衰减模型及寿命预测方法, 并通过疲劳试验确定了相关参数. 与实测的 疲劳变形发展过程及Miner准则对比分析得出, 提出的模型及方法适用于混凝土低周疲 劳, 能较好地反映出混凝土的低周疲劳损伤机理.     

考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳寿命模型

基于临界面法, 提出了一种能够反映非比例疲劳寿命锐减现象的多轴低周疲劳寿命模型. 与传统临界面模型只考虑附加强化效果不同, 新的模型在疲劳损伤参量中引入新定义的非比例附加损伤系数, 能综合考虑非比例加载条件下附加强化和载荷路径两种因素对疲劳寿命减少的影响, 并且分别以最大切应变和最大损伤平面作为临界面来构建疲劳损伤参量, 反映了临界面的选取对模型预测结果的重要影响. 从已发表文献中选用8 种材料的多轴疲劳试验结果进行验证, 新模型能同时适用于比例和非比例加载, 并且具有很好的寿命预测精度和材料适用性.      

地磁场环境下烧结钕铁硼疲劳破坏在线监测方法研究

作为一种典型的硬磁材料,烧结钕铁硼在疲劳断裂时具有突发性、不确定性和紧迫性等特性,难以对其疲劳裂纹扩展过程进行在线监测。为了实现对烧结钕铁硼零构件在长期服役期间疲劳破坏全过程的在线监测,本文根据力磁耦合效应构建了地磁场环境下烧结钕铁硼的疲劳状态演变方程,将磁感应强度值作为描述疲劳破坏的状态参数。利用高精度测磁传感器采集微磁信号,通过获取的磁感应强度值对烧结钕铁硼疲劳破坏过程进行在线监测。疲劳试验结果表明：磁感应强度值与多项式拟合曲线残差值变化趋势能够准确地预测烧结钕铁硼疲劳裂纹扩展过程中脆性疲劳断裂的时刻。同时,磁感应信号曲线的变化可以无失真地反映钕铁硼材料在应力作用下产生疲劳破坏的全过程。     

Further study on effect of concrete defense layer on evolution mechanism of stress-waves

The Taylor–Chen–Kuszmaul model, which regards the dynamic fracture process of brittle materials as a continuous accrual of damage, has been successfully applied to simulate rock blast and concrete penetration. This paper employs the TCK damage model to numerical study on the effect of perforated concrete defense layer on evolution mechanism of blast-induced stress waves. The numerical results reveal that the tensile damage near free boundary should be noteworthy under a higher blast loading, and the peak values of hydrostatic pressure beneath an artificial cavity are largely reduced. The effects of cavity dimensions and position on wave evolution and reduction are detailedly explored. One empirical formula is proposed to relate the decay factor of peak hydrostatic pressure to the dimensions and relative position of cavity.     

低周疲劳随机损伤过程的有限元模拟

讨论了一种低周疲劳下随机损伤演变过程 数值模拟方法，借助于Ｌｅｍａｉｔｒｅ＆Ｄｕｆａｉｌｌｙ给出的代表性体元的微观力学模型，建立了损伤与微裂纹尺寸的关系，采用随机初始损伤反映材料中固的的微缺陷，将所得模型与有限元结合对低周疲劳损伤过程进行了数值模拟。     

随机载荷下碳纤维薄板增强RC梁试验研究

桥梁等钢筋混凝土结构在运营期所受活载为随机载荷。研究随机载荷作用下碳纤维薄板(Carbon Fiber Laminate简称CFL)片材增强钢筋混凝土构件的疲劳性能,对于采用碳纤维薄板技术加固桥梁等混凝土结构有重要的指导意义。本文通过随机载荷作用下碳纤维薄板增强RC梁的三点弯曲疲劳试验,得到了增强梁的S-N曲线和跨中挠度的演化规律,揭示了随机载荷下增强梁的疲劳破坏机理。随机载荷下碳纤维薄板增强RC梁的破坏模式包括钢筋断裂、碳纤维薄板剥离、混凝土压坏等破坏形态,疲劳破坏过程具有明显的损伤成核、稳定扩展、失稳扩展的三阶段发展规律。     

Simulation of the stochastic damage evolution process under low cycle fatigue by the finite element method

A numerical simulation of stochastic damage evolution process in the condition of low cycle fatigue loading is discussed. The relations between damage variables and micro-cracks are obtained by means of the micro-mechanics model of the representative volume element proposed by Lemaitre and Dufailly^[10]. The stochastic initial damage values are introduced in consideration of the inherent micro-defects in materials. The model combined with a finite element method is applied to simulate the damage evolution process under low cycle fatigue loading. The micro-cracks on the sur face of a specimen of 19Mn6 alloy steel are measured with a replica technique. The numerical results show that the nonhomogeneity of damage and the localization of the fatigue failure are well shown by the proposed simulations, and the fatigue lives are reasonably predicted.     

低周反复荷载下再生混凝土柱损伤演化模型研究

通过对现有的两种混凝土损伤评估模型的分析,本文以刚度退化和累积滞回耗能两个指标来描述在低周反复荷载下再生混凝土的损伤累积过程,提出了一种适用于再生混凝土柱的双参数地震损伤模型．通过24 组文献数据拟合出模型参数的合理值与耗能因子β 同再生混凝土多因素之间关系的表达式．同时对再生混凝土柱的损伤量化标准进行了细分．最后将本文提出的损伤模型同另外两种模型作了比较．对比表明,本文所提出的损伤模型计算出来的损伤值标准差较小,离散性较低,能够更好地反映再生混凝土柱的累积损伤过程．     

基于韧性耗散模型的损伤定量分析方法

材料的静力韧性便于工程测量,对疲劳损伤较其它宏观损伤变量更敏感。本文以材料静力韧性为宏观损伤变量,依据疲劳过程中金属材料韧性随疲劳循环加载而变化的实验结果的规律分析,得到了应力和循环数表达的损伤演化方程和损伤累积模型。该模型能较好地反映加载顺序的影响。推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经四种金属材料疲劳试验数据验证结果表明,该模型预测疲劳寿命是较为满意的。由于疲劳试验数据分散性大,结果有待进一步验证。     

基于局域分析的疲劳短裂纹群体演化随机模型

采用局域裂纹数密度描述金属材料中不同局部区域的疲劳短裂纹群体损伤的发展情况通过考虑在不同局域存在的材料性质的随机涨落及局部损伤对损伤总量发展的影响，建立了局域裂纹数密度演化随机方程对方程数值求解从而模拟了材料的疲劳短裂纹损伤过程结果显示出主裂纹出现的随机性，并讨论了裂纹总数与最大裂纹尺度在统计意义上的演化特征     

Load-unload response ratio——An interplay between earthquake prediction and mechanics

地震预测是世界性科学难题,地震现象虽然复杂其物理实质倒是明确：地震就是地壳块体的快速剪切脆断,相应地,地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化,并最终导致破坏的过程,这一过程主要是力学过程,抓住这一点就抓住了问题的物理本质,但是,在研究地震预测时遇到的力学问题和通常的（工程）力学问题有所不同,根据地震问题的特点,紧扣地震孕育过程的物理本质,提出了加卸载响应比这一地震预测新思路.
文中介绍了加卸载响应比理论的基本科学问题,包括如何对地壳加载/卸载,如何选择适当的地球物理参数作为响应量,以及怎样定义加卸载响应比,用实验研究、数值模拟和理论分析3 种基础研究手段,揭示了地震孕育过程中加卸载响应比共同的演化规律：孕震初期加卸载响应比在1 附近涨落,之后上升至峰值点,地震不在峰值点发生,而是在下降过程中发生,从峰值点到地震发生这段滞后时间称为T₂,T₂ 和震级有关,为了预测地震,必须在全国范围内作加卸载响应比的时空扫描,在时空扫描基础上,结合量纲分析,更多地考虑当地的地球物理条件,拟定了全面预测未来地震的时、空、强的思路,回顾了用这种思路进行地震预测实践的历程,     

损伤演化对韧性金属碎裂过程的影响

固体在冲击拉伸载荷作用下会断裂成多个碎片，基于线性内聚力断裂假设的Mott-Grady模型能较好地预测碎裂过程所产生的平均碎片尺度的下限。然而实际上，韧性金属的损伤演化是多元化的，为此通过数值模拟方法研究了不同损伤演化规律对韧性碎裂过程的影响。利用ABAQUS/Explicit动态有限元软件数值再现了韧性金属杆（45钢）在高应变率下拉伸碎裂的过程，分析了线性和非线性损伤演化对韧性碎裂过程的影响规律。结果表明:损伤演化规律对韧性金属的碎裂过程具有显著影响，非线性指标α越大，碎裂过程产生的碎片数越少；Grady-Kipp碎裂公式仍能在一定范围内预测韧性碎裂过程中产生的碎片尺寸；当非线性指标α远大于零时，在较低冲击拉伸载荷作用下，数值模拟结果和Grady-Kipp模型预测值偏差较大，随着应变率增大，数值模拟结果与Grady-Kipp模型预测值吻合较好。     

复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型

基于连续介质损伤力学,提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型,它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3 部分. 模型能够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4 种损伤模式,定义了与4 个损伤模式对应的损伤状态变量,导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系. 损伤起始采用Puck 准则判定,损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制. 假定材料服从线性应变软化行为,建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则. 模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程. 完成了含孔[45/0/-45/90]_2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.